Weniger Lärm an den Triebwerken

Triebwerke verleihen Flugzeugen den notwendigen Schub. Dabei werden große Mengen Luft vom Triebwerk angesaugt und wieder ausgeblasen. Dadurch entsteht Lärm, insbesondere beim Start. Flugzeug- und Triebwerkshersteller arbeiten seit jeher daran, mit verbesserten Technologien den Triebwerkslärm zu reduzieren: Dies hat entscheidend dazu beigetragen, dass Flugzeuge seit Beginn der Zivilluftfahrt um 80 Prozent leiser geworden sind.

Weniger Lärm an den Triebwerken

Triebwerke sind eine der wesentlichen Lärmquellen am Flugzeug. Insbesondere beim Start erzeugen sie den meisten Lärm. Die Triebwerksgeräusche stammen von sich drehenden Bauteilen und von Druckschwankungen, die beim Aufeinanderprallen des heißen, beschleunigten Abgasstrahls auf die kältere Umgebungsluft entstehen. Gleichzeitig sind die Triebwerke der Bereich des Flugzeuges, an dem die Hersteller in der Vergangenheit die größten Beiträge zur Lärmreduktion erzielen konnten. In den vergangenen 60 Jahren haben sich die Lärmemissionen von Flugzeugen um rund 25 Dezibel verringert, was einer Reduktion von 80 Prozent entspricht. Entscheidend dafür waren vor allem die technischen Verbesserungen an den Triebwerken. Neue technische Ansätze versprechen, dass sie in Zukunft noch leiser werden.

Lärmentwicklung bis 2020 #laermentwicklung-bis-2020

Neue Flugzeuggenerationen werden leiser

Durch neue  Technologien wird bis 2020 eine weitere Lärmreduzierung bei modernen Flugzeuggenerationen erwartet.

Quelle: CFD-Software E+F GmbH Berlin

Triebwerkstechnologie: Lärmteppiche schrumpfen durch neue Ansätze #triebwerkstechnologie-laermteppiche-schrumpfen-durch-neue-ansaetze

Bei den bisherigen Mantelstromtriebwerken waren die wichtigsten Bauteile – der Fan, der Verdichter und die Turbine – auf einer gemeinsamen Achse fest miteinander verbunden. Für einen optimalen Wirkungsgrad und möglichst niedrige Lärmemissionen muss der Fan jedoch deutlich langsamer laufen als Verdichter und Turbine. Mit neuen Technologien versuchen die Triebwerkshersteller, dieses Problem zu lösen. Zudem versuchen Ingenieure, das Nebenstromverhältnis der Triebwerke immer mehr zu erhöhen, also das Verhältnis des kalten und verhältnismäßig langsamen Nebenstroms zum heißen und stark beschleunigten Abgasstrahl der Brennkammer. Denn mit steigendem Nebenstromverhältnis wird die Schallemission drastisch reduziert. Dabei werden aktuell zwei verschiedene Ansätze verfolgt.

Ein Technologiesprung ist den Triebwerkherstellern MTU Aero Engines und Pratt & Whitney mit dem sogenannten Getriebefan gelungen. Dieser neue Triebwerkstyp sorgt dafür, dass Fan, Verdichter und Turbine nun in ihren jeweils optimalen Drehzahlbereichen arbeiten können. Dies wird dadurch erreicht, dass zwischen Niederdruckverdichter und Fan ein Getriebe eingefügt wurde. So kann der Fan etwa dreimal langsamer rotieren als Verdichter und Turbine.

Weniger Fluglärm durch optimale Drehzahlen #weniger-fluglaerm-durch-optimale-drehzahlen

Zwischen Niederdruckverdichter und Fan wurde ein Getriebe eingefügt

Ein zusätzliches Getriebe zwischen Niederdruckverdichter und Fan bewirkt eine Lärmreduzierung durch eine optimierte Umdrehungszahl.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Triebwerken erzeugt der Getriebefan hochfrequente Töne. Diese liegen zum Teil außerhalb des menschlichen Hörbereichs und werden von der Luft stärker gedämpft als tiefere Töne. Der Fluglärm sinkt damit erheblich. So verkleinert sich der Lärmteppich – also der lärmbetroffene Bereich im Flughafenumfeld – während des Starts um rund 70 Prozent. Flughafenanwohner werden also deutlich entlastet. Auf den in der Grafik eingefärbten Flächen beträgt der Lärm startender Maschinen 75 Dezibel, das entspricht dem Geräusch eines Autos in 25 Metern Entfernung, das mit 60 Stundenkilometern unterwegs ist.

Weniger Fluglärm durch Getriebefan-Triebwerke #weniger-fluglaerm-durch-getriebefan-triebwerke

Ausbreitung der Fluggeräusche beim Start

Getriebefan-Triebwerke verringern die Ausbreitung der Fluggeräusche beim Start deutlich.

Quelle: nach Informationen der MTU Aero Engines | Kartenmaterial: OpenStreetMap.org

Die Nachfrage ist hoch: Flugzeughersteller und Fluggesellschaften haben tausende Getriebefans bestellt. Der erste Flugzeugtyp, der mit diesem Triebwerk ausgestattet wurde, ist die Bombardier CSeries. Der Erstflug erfolgte im September 2013.

Der Triebwerkshersteller Rolls-Royce verfolgt einen anderen Ansatz. In seinen Großtriebwerken der Trent-Baureihe nutzt er drei ineinander verlaufende Wellen, um die einzelnen Systeme – Nieder- , Mittel- und Hochdrucksystem – in ihren optimalen aerodynamischen Geschwindigkeitsbereichen rotieren zu lassen. Dadurch wird nicht nur ein sehr hoher Effizienzgrad erreicht, sondern auch der Lärm erheblich reduziert. Die Trent-Triebwerke werden unter anderem bei modernen Langstreckenflugzeugen der Modellreihen Airbus A350, Airbus A380 und Boeing 787 eingesetzt. Die nächste Triebwerksgeneration bei Rolls Royce ist der Ultra-Fan. Er weist durch den Einsatz eines Getriebes im Vergleich zur vorherigen Trent Generation einen um 14 Prozent niedrigeren Verbrauch auf. Einsatz findet es im Airbus A330neo.

Weniger Fluglärm durch Trent-Triebwerke #weniger-fluglaerm-durch-trent-triebwerke

Nieder-, Mittel- und Hochdrucksystem sind jeweils auf eigener Welle angebracht

Trent-Triebwerke erzeugen weniger Fluglärm, da Fan, Verdichter und Turbine jeweils auf einer eigenen Welle angebracht sind.

Quelle: Rolls-Royce

Auch das Joint Venture CFM International entwickelt mit dem LEAP ein gegenüber seinem Vorgänger CFM56 deutlich leiseres Triebwerk. Bei diesem Modell wird das Nebenstromverhältnis wesentlich erhöht, womit die beim Start verursachten Lärmteppiche um bis zu 75 Prozent reduziert werden können. Fortschrittliche Materialien wie Kohle- und Keramikfaserverbundwerkstoffe, eine neuartige Brennkammer sowie ein Fan mit großem Durchmesser helfen außerdem dabei, den Kraftstoffverbrauch gegenüber gebräuchlichen CFM-Triebwerken um 15 Prozent und den Stickoxidausstoß sogar auf die Hälfte des erlaubten Standards zu reduzieren. Mit dem eingesparten Kraftstoff kann darüber hinaus der CO2-Ausstoß um 15 Prozent verringert werden. Das neue LEAP-Triebwerk wird für die Flugzeuge Airbus A320neo, Boeing 737 MAX und COMAC C919 angeboten.

Chevron-Düsen: Leisere Luftvermischung #chevron-duesen-leisere-luftvermischung

Lärm entsteht nicht nur innerhalb der Triebwerke, sondern auch, wenn der heiße Abgasstrahl und der vom Fan beschleunigte Nebenstrom auf die kühlere Umgebungsluft treffen. Um den Nebenstrom besser mit der Umgebungsluft zu vermischen, haben Ingenieure sägezahnartige Austrittskanten an den Triebwerken entwickelt. So werden entstehende Turbulenzen minimiert und Lärmemissionen gesenkt. Überflugmessungen von Lufthansa und dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) haben gezeigt, dass diese sogenannten Chevron-Düsen den Strahllärm eines Airbus A319-Triebwerks um etwa 1 Dezibel senken können. Der Flugzeughersteller Boeing setzt dieses Konzept zunehmend ein, etwa bei Maschinen des Typs Boeing 747-8I, von denen Lufthansa 19 Exemplare bestellt hat.

Das Prinzip haben sich die Ingenieure bei der Natur abgeschaut. Eulen sind unter anderem deshalb so erfolgreiche Jäger, weil Beutetiere sie im Flug kaum hören. Ihre Flügelspitzen sind gefächert und teilen große Luftwirbel in viele kleinere auf – das gleiche Prinzip kommt bei der Chevron-Düse zum Einsatz.

Weniger Fluglärm durch Chevron-Düsen #weniger-fluglaerm-durch-chevron-duesen

Chevron-Düsen erzeugen weniger Fluglärm

Quelle: TUIfly

Triebwerksverkleidung: Keine Kanten – weniger Lärm #triebwerksverkleidung-keine-kanten-weniger-fluglaerm

Triebwerke strahlen Lärm nicht nur nach hinten, sondern zu einem Drittel auch nach vorne ab. Ursache hierfür sind unter anderem die Kanten am Einlass der Triebwerke. Dort entstehen Luftverwirbelungen, die am Boden als Lärm wahrgenommen werden. Um diese Geräuschquelle leiser zu machen, kleidet beispielsweise Airbus den Lufteinlass der Triebwerke seines Großraumflugzeugs A380 lückenlos mit einem neuen wabenartigen Material aus. Dieser Schalldämpfer senkt die Lärmemissionen beim Start um 0,4 Dezibel.

Mit ähnlichem Material können auch ältere Flugzeuge ausgestattet werden. Lufthansa hat 2011 für 3 Millionen Euro alle Triebwerke der Boeing 737-Flotte am Flughafen Frankfurt nachgerüstet. Die Flugzeuge starten damit um bis zu 1,5 Dezibel leiser, beim Anflug beträgt die Lärmreduktion sogar bis zu 2,4 Dezibel. Die Grafik zeigt, wie sich die schalldämpfenden Materialien auswirken.

Weniger Fluglärm durch nachgerüstete Schalldämpfer #weniger-fluglaerm-durch-nachgeruestete-schalldaempfer

Schalldämpfende Materialien verringern den Lärm der Triebwerke bei Start und Landung

Nachgerüstete Flugzeuge sind leiser: Schalldämpfende Materialien verringern den Lärm der Triebwerke bei Start und Landung

Quelle: forum flughafen & region - Gemeinnützige Umwelthaus GmbH

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